УПАКОВКА ДЛЯ ХРУПКИХ ГРУЗОВ Российский патент 1997 года по МПК B65D85/38 

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для обеспечения качественной пространственной вибрационной защиты транспортируемых объектов и может быть использовано в любой области техники, преимущественно в космической, где возникает необходимость транспортировки высокочувствительных и прецезионных объектов, нуждающихся в защите от вибрации на стартовом столе, на активном участке траектории (в условиях действия линейных перегрузок) и непосредственно на орбите в условиях микрогравитации (невесомости).

Известен ящик для хранения и перевозки хрупких изделий по А.С. N 482365 (СССР), МКИ B 65 D 85/38, 1975 г. содержащий жесткий контейнер, разъемную жесткую крестовину, которая соединена с остовом контейнера посредством виброизоляторов, выполненных, например, из губчатой резины, при этом крестовина имеет в центре выложенную губчатой резиной полость, в которую укладывается транспортируемый объект.

Упругие элементы из резины (или ее заменителей), которые, как известно, работают на сжатие и на сдвиг широко распространены и достаточно часто используются в упаковках. Эти две деформации позволяют использовать свойство резин запасать большую потенциальную энергию и иметь высокое внутреннее трение в структуре, что позволяет обеспечить защиту транспортируемого объекта от малоамплитудной высокочастотной вибрации при транспортировке по хорошим (например асфальтовым дорогам). Однако ни при таких условиях при использовании губчатой (или любой иной резины), имеющей вне зависимости от марки и способа изготовления большую жесткость и, как следствие, высокие частоты (6-20 Гц) свободных колебаний объекта в такой упаковке, не удается при приемлемых габаритах обеспечить высококачественную низкочастотную (0,2-1 Гц) пространственную защиту транспортируемого объекта. Это обусловлено тем, что рабочие ходы очень малы, жесткость высока, а прочность особенно при больших (неноминальных или аварийных) перемещениях, явно не достаточна. В результате этого все направленные низкочастотные вибрационные воздействия той или иной природы, которые, как известно, являются наиболее опасными для прецизионных и ответственных объектов вмасштабе 1:1, без к.-л. ослабления, передаются от фундамента (пола) транспортного средства на объект, что приводит к выходу его из строя (нарушение функционирования, механические поломки и т.д.).

Прототипом предлагаемого изобретения является упаковка для хрупких грузов (см. а.с. N 1470617, CCCP, МКИ B 65 D 85/38, B 65 D 85/42, 1989 г.), содержащая контейнер, размещенный в нем упругий элемент, а также узел крепления упругого элемента к защищаемому объекту, механизм регулирования несущей способности, механизм тонкой настройки силовой характеристики, два однотипных устройства регулирования жесткости в горизонтальной плоскости. Упругий элемент выполнен в виде замкнутой армированной тонкостенной оболочки, снабженной гибкими композитными элементами маятникового типа, причем оболочка выполнена из пружинной композитной полосы с предварительно напряженной структурой, изогнутой в форме трапециевидной выпуклой фигуры, нижнее основание которой выполнено изогнутым в виде трех полуволн синусоиды. Каждый композитный гибкий элемент маятникового типа выполнен λ образным из жгута, свитого из проволоки, состоящей, например, из титановой матрицы, армированной углеродными волокнами, причем два нижних конца каждого l -образного элемента соединены с упругим элементом, а третий конец соединен с устройством регулирования жесткости в горизонтальной плоскости. Узел крепления упругого элемента к защищаемому объекту выполнен в виде шпильки, посредством которой соединены верхнее и нижнее основания упругого элемента, установленный так, что ось шпильки, совпадает с осью симметрии упругого элемента. Механизм регулировки несущей способности выполнен в виде двух пар уголков, установленных на боковых сторонах упругого элемента и соединенных по краям шпильками. Механизм тонкой настройки силовой характеристики выполнен в виде двух наборов уголков, установленных в нижних углах упругого элемента с возможностью поджатия нижнего основания упругого элемента. Каждое устройство регулирования жесткости в горизонтальной плоскости состоит из опоры, закрепленной в верхней части корпуса контейнера и установленного на опоре шагового электродвигателя, на валу которого намотан свободный конец l образного элемента.

Необходимо отметить, что данная упаковка была (в числе многочисленных макетных образцов и их модификаций) всесторонне апробирована и исследована, в частности она прошла серию крупномасштабных лабораторных и особенно натурных (на автомобиле ЗИЛ-131 на полигоне ВАСХНИЛ СО АН СССР в г. Новосибирске) динамическихиспытаний, показав очень хорошие результаты. В некоторых случаях, например на вертикали, при установленном объекте заданного постоянного веса удалось получить частоту свободных колебаний порядка 0,2-0,5 Гц, что почти на порядок лучше, чем у существующих серийных упаковок. Данная упаковка будет и в дальнейшем широко использоваться и внедряться на предприятиях Москвы и г. Новосибирска для защиты при транспортировке от вибрации различных прецезионных и ответственных объектов.

Вместе с этим, как и любое другие техническое устройство, при всех своих несомненных и подтвержденных на практике достоинствах, данная упаковка не является абсолютно универсальной и имеет ограничения по применению в некоторых специфических случаях. Предположим, что упругий элемент упаковки настроен, отрегулирован и отлажен на высокоэффективную низкочастотную защиту объекта весом 1 кг. Если возникла необходимость защитить объект (с помощью той же самой упаковки) весом, например, 2 кг или 0,5 кг, то упаковку надо заново с помощью устройства регулировки несущей способности по оси Z которым она укомплектована, отладить и отстроить по оси Z (вертикаль), причем выполнить эту операцию вручную, сжимая (или растягивая) упругий элемент с помощью соответствующей шпильки. Но, к сожалению, ручная регулировка не всегда возможна, т.к. должна быть заменена автоматической, причем один и тот же объект может иметь разный вес. Действительно, предположим, что упаковка с объектом находится, например, на борту космического корабля. На стартовом поле, в период запуск маршевых двигателей вес объекта равен P mg, m масса, g 10 м • c^-2 и а него действует вибрация, от которой упаковка должна его надежно защитить, имея, например, частоту свободных колебаний 0,5 Гц. На активном участке траектории в результате линейной перегрузки вес объекта возрастает, порой в несколько раз и равен Р n • mg, где n - линейная перегрузка и на объект по-прежнему действует вибрация. Следовательно и при возросшем весе объекта упаковка должна эффективно защитить его от вибрации, причем она должна иметь все ту же малую частоту 0,5 Гц. Далее, космический корабль вышел на орбиту: теперь в условиях микрогравитации (невесомости) вес объекта практически "исчез": P ≈ mg 0, т.е. объект как-бы "парит" в упаковке, которая и здесь должна эффективно защитить объект от вибрации (а вибрация в невесомости оказывает на объект столь же и ничуть не меньше неблагоприятное воздействие, чем на Земле) и стой же самой низкой частотой. Таким образом, как видим по отношению к своему "земномуноминалу" вес объекта может изменяться как в меньшую сторону (вплоть до нуля в невесомости), так и в большую сторону (линейные перегрузки), т.е. ни в коей мере постоянным не является. При этом, чтобы в любом из трех вышеназванных режимов упаковка обеспечивала высококачественную низкочастотную защиту объекта одного и того же качества, с той же самой низкой частотой, ее упругий элемент должен отстраиваться и регулироваться на любую необходимую несущую способность по оси Z в автоматическом (а не ручном как в прототипе) режиме. Очевидно, что линейая перегрузка может действовать и в горизонтальной плоскости упаковки (плоскость X, Y), т. к. космический корабль в процессе выхода на орбиту может менять тем или иным образом свою ориентацию в пространстве. Иными словами, и в горизонтальной плоскости упругие параметры упаковки такие должны меняться в автоматическом режиме.

Целью предлагаемого изобретения является обеспечение высококачественной низкочастотной пространственной защиты объекта, вес которого является переменной величиной.

Поставленная цель достигается тем, что в известной упаковке для хрупких грузов, содержащей контейнер, размещенный в нем упругий элемент, узел крепления упругого элемента к защищаемому объекту, устройство регулирования несущей способности, устройство тонкой настройки силовой характеристики, устройство регулирования жесткости в горизонтальной плоскости, при этом упругий элемент выполнен в виде композитной тонкостенной оболочки, снабженной гибкими композитными элементами маятникового типа, с помощью которых упругих элемент подвешен к контейнеру, причем оболочка изогнута в форме трапециевидной выпуклой фигуры, нижнее основание которой выполнено изогнутым в виде трех полуволн синусоиды, причем узел крепления упругого элемента к защищаемому объекту выполнен в виде центральной вертикальной шпильки, посредством которой соединены верхнее и нижнее основание упругого элемента, установленной так, что ось шпильки совпадает с осью симметрии упругого элемента, при этом устройство тонкой настройки силовой характеристики выполнено в виде соединенных шпильками уголков, установленных в нижних углах упругого элемента с возможностью поджатия нижнего основания упругого элемента, она дополнительно содержит несущую жесткую рамку, вертикальные стойки которой снабжены горизонтальными полками, а ее ось симметрии совпадает с осью симметрии упругого элемента, две соосные и обращенные друг к другу конические призмы, первая из которых установлена в центренижнего основания несущей жесткой рамки, а вторая установлена на нижнем основании контейнера, устройство понижения жесткости в горизонтальной плоскости, установленное в двух упомянутых призмах и центрируемое ими так, что его ось совпадает с осью симметрии упругого элемента, устройство юстирования в горизонтальной плоскости, с одной стороны соединенное с устройством регулировки жесткости в горизонтальной плоскости, а с другой посредством выполненных в виде прямолинейных стержней гибких композитных элементов маятникового типа с несущей жесткой рамкой, два однотипных круглых несущих фланца с центральными сквозными отверстиями, острооттотченный вертикальный шип, расположенный на оси симметрии упругого элемента и забазированный своим торцем на верхнем основании контейнера, два шаровых шарнира, с помощью которых крепятся к верхнему основанию контейнера упомянутые реверсивные электродвигатели, датчик вертикальных перемещений, установленный на нижнем основании жесткой несущей рамки и связанный с центральной вертикальной шпилькой упругого элемента, датчик перемещений в горизонтальной плоскости, установленный на нижнем основании контейнера и так же связанный с нижним основанием жесткой несущей рамки, первый, второй и третий блоки системы автоматического управления, имеющие однотипную конструкцию, причем датчик вертикальных перемещений посредством первого блока системы управления электрической связан с устройством регулировки несущей способности, выполненным в виде двух однотипных модулей, установленных симметрично друг к другу относительно оси симметрии упругого элемента, в левом и правом местах сгиба верхней части упругого элемента, а датчик перемещений в горизонтальной плоскости посредством второго и третьего блоков системы управления электрически связан с двумя реверсивными электродвигателями, шарнирно закрепленными на верхнем основании контейнера, при этом упругий элемент выполнен разъемным в горизонтальной плоскости, и концы его верхней части в данной плоскости разъема зафиксированы на вертикальных стойках несущей жесткой рамки, а соединенные шпильками наборы уголков устройства тонкой настройки силовой характеристики с закрепленными на них нижним синусоидально изогнутым основанием упругого элемента установлены с возможностью горизонтального смещения, причем верхняя часть упругого элемента в своих левом и правом месте сгиба снабжена запрессованными в него круглыми несущими фланцами, каждый из которых имеет сквозное резьбовое отверстие и кинематически связан с соответствующим модулем устройства регулировки несущейспособности и соосен ему. Кроме того каждый из двух модулей устройства регулировки несущей способности включает в себя два разнесенных друг относительно друга и параллельных плоских тонкостенных фланца, скрепленных между собой двумя зеркально симметричными друг другу относительно оси симметрии парами болтов, на которые надеты резиновые втулки, причем в полости фланцев жестко установлена центрирующая втулка со сквозным отверстием, ось которого совпадает с осью резьбового отверстия круглого несущего фланца, реверсивный малогабаритный электродвигатель, жестко скрепленный с одним из плоских фланцев, ходовой винт, снабженный на одном конце гладким цилиндрическим шипом, а другим концом жестко соосно соединенный с валом реверсивного электродвигателя, при этом ходовой винт ввинчен в несущий круглый фланец, а его цилиндрический шип свободно вставлен в отверстие центрирующей втулки, причем верхняя часть упругого элемента в месте сгиба расположена во внутренней полости фланцев и свободно без зазора пропущена между первой и второй парами надетых на болту резиновых втулок.

Кроме того, устройство юстирования в горизонтальной плоскости выполнено, например, в виде жесткой прямоугольной полосы, в центре которой забазирована призма, на которую оперт остроотточенный вертикальный шип, закрепленный а верхнем основании контейнера, при этом как в поперечном, так и в продольном направлениях полоса снабжена симметрично расположенным по отношению к упомянутой призме шаровой самоустанавливающейся опорой с резьбовым отверстием, в которое ввинчена шпилька, и натяжной скобой с пружиной растяжения, обращенной к упругому элементу, причем в полосе перпендикулярно натяжной скобе выполнен сквозной паз, при этом обе шпильки жестко соединяются с валами соответствующих реверсивных электродвигателей, а натяжные скобы посредством пружин растяжения соединяются с верхним основанием контейнера.

Кроме этого, устройство понижения жесткости в горизонтальной плоскости выполнено в виде полой трубки с двумя диаметрально расположенными и идущими по образующей сквозными прорезями, в которых размещено снабженное поперечной стяжной шпилькой гибкое поджимное кольцо, центр которого лежит на оси трубки, а в последнюю в обоих концов вставлены с возможностью свободного осевого перемещения два остроотточенных наконечника, торцы которых жестко скреплены с гибким пружинным кольцом, а наконечники опираются на призмы, размещенные на несущей жесткой рамке и на дне контейнера.

Кроме того, датчик вертикальных перемещений включает корпус, люминесцентный источник света, имеющий возможность обеспечивать на рабочей базе направленный на расходящийся пучок света с квадратным световым пятном на вертикальной стенке корпуса, два фототриода, включенных по схеме со свободной базой, установленные на этой же стенке на единой вертикали симметрично друг другу относительно центра квадратного светового пятна, причем каждый фототриод отстоит от ближайшей к нему границы светового пятна на величину максимально допустимой амплитуды колебаний груза по вертикали, при этом люминесцентный источник света жестко связан, например горизонтальным кронштейном с нижним концом центральной вертикальной шпильки упругого элемента, а корпус датчика забазирован, например, на нижнем основании жесткой несущей рамки, причем оба фототриода электрически связаны через первый блок системы управления с двумя имеющими возможность синхронно функционировать реверсивными электродвигателями устройства регулировки несущей способности.

Датчик перемещений в горизонтальной плоскости включает корпус, люминесцентный источник света, имеющий возможность обеспечивать на рабочей базе направленный нерасходящийся пучок света с квадратным световым пятном на горизонтальном нижнем основании корпуса, две пары забазированных на том же основании фототриодов, первая из которых включена по схеме со свободной базой и установлена симметрично друг другу относительно центра квадратного светового пятна в продольно-горизонтальном направлении, а вторая пара фототриодов, также включенная по схеме со свободной базой, таким же образом в поперечном горизонтальном направлении, причем каждый из четырех фототриодов расположен от ближайшей от него границы светового пятна на величину максимально допустимой амплитуды колебаний груза в горизонтальной плоскости, при этом корпус датчика смонтирован на нижнем основании контейнера, а люминесцентный источник света жестко соединен посредством, например, вертикального кронштейна с нижним основанием жесткой несущей рамки, причем обе пары фототриодов электрически связаны посредством второго и третьего блоков системы управления с обоими реверсивными электродвигателями, шарнирно соединительным верхним основанием контейнера.

Кроме этого, каждый из трех блоков системы автоматического управления содержит, например, два однотипных четырехконтактных реле, обмотки которых соединены с соответствующей парой фототриодов, соединенных по стандартной схеме со свободной базой, причем контакты упомянутых реле имеет возможность управлять включением двигателя c данной полярностью и его составом.

Заявитель отмечает, что из патентной и научно-технической литературы ему не известны конструкции упаковок, подобные предложенной, т.е. способных обеспечить высококачественную пространственную низкочастотную защиту объекта, вес которого может изменяться в любых пределах, причем все функциональные упругие элементы автоматически с помощью следящих механизмов и систем оригинальной конструкции настраиваются на оптимальные рабочие параметры, т. е. обеспечивают защиту объекта на стартовом столе, на этапе выхода на орбиту и в условиях микрогравитации (невесомости). Ниже, в тексте описания заявителем подробно будут проиллюстрированы новые и существенные признаки всех многочисленных конструктивных элементов, деталей и узлов предлагаемой упаковки, а также новые, не встречающиеся ни в одной из известных конструкций связи между этими признаками и отличиями, благодаря которым упаковки приобретают качественно новые особенности.

Таким образом предлагаемое изобретение удовлетворяет критерию "существенные отличия".

Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми чертежами, где на фиг.1 схематически показана предлагаемая упаковка для крупных грузов, фронтальный вид, на фиг.2 то же, вид сбоку, на фиг.3 показано нижнее основание упругого элемента с устройством тонкой настройки силовой характеристики, вид сверху (вид по стрелке А а фиг.1), на фиг.4 в увеличенном масштабе схематично показан один из двух модулей устройства регулировки несущей способности, фронтальный вид, на фиг.5 то же, вид сбоку (вид по стрелке Б на фиг.4), на фиг.6 показаны новые характеристики (зависимости между силами Fx, Fy, Fz и вызываемой ею упругой деформации по осям X, Y, Z) предлагаемой упаковки, на фиг.7 в аксонометрии схематично показана юстировочная шайба с устройством регулировки жесткости упаковки в горизонтальной плоскости, на фиг. 8 схематично показан датчик перемещений по вертикали, фронтальный вид, на фиг.9 схематично показан датчик перемещений в горизонтальной плоскости, фронтальный вид, а на фиг.10 то же, вид сверху, на фиг.11 представлена электрическая схема функционального узла "фототриоды блок системы автоматического управления реверсивный электродвигатель", на фиг.12 показан упругий элемент упаковки (ось Z), настроенный на режим симметричной работы при постоянном весе защищаемого объекта при нахождении космического корабля с упаковкой на стартовом столе, на фиг.3 схематичнопоказан упругий элемент упаковки, в котором за счет линейных перегрузок при выводе на орбиту на активном участке траектории, возрос вес объекта и появился несимметричный режим работы, а фиг.14 то же, но упругий элемент вновь выведен на требуемый симметричный режим работы, на фиг. 15 схематично показан упругий элемент упаковки, находящийся в условиях невесомости, не имеющий статической осадки и попавший в симметричный рабочий режим, на фиг.16 то же, но упругий элемент выведен в требуемый симметричный режим работы, на фиг.17 схематично показан функциональный элемент упаковки типа "юстировочная шайба маятниковый упругий элемент" с симметричной рабочей характеристикой при отсутствии линейной перегрузки в горизонтальной плоскости, на фиг.18 то же, но с симметричной рабочей характеристикой при наличии линейной перегрузки в горизонтальной плоскости, на фиг.19 то же, с симметричной рабочей характеристикой при наличии линейной перегрузки в горизонтальной плоскости.

Предлагаемая упаковка для хрупких грузов содержит следующие функциональные элементы (см. фиг.1):
1. Контейнер, при этом его верхнее основание обозначено позицией 1, а нижнее основание (дно) позицией 2;
2. Упругий элемент 3-4, обеспечивающий упругость упаковки по оси и выполненный в виде композитной тонкостенной оболочки, снабженный гибкими композитными элементами 5 маятникового типа (это гибкие упругие стержни - пружины, изготовленные, например, из спрессованных углеводородных волокон, которые обеспечивают необходимую упругую податливость упаковки в горизонтальной плоскости X, Y). При этом оболочка в форме трапециевидной выпуклой фигуры, нижнее основание 4 которой выполнено изогнутым в виде трех полуволн синусоиды, причем узел крепления 6 упругого элемента к защитному объекту 7 выполнен в виде центральной вертикальной шпильки 6 посредством которой соединены верхнее 3 и нижнее 4 основания упругого элемента, установленной так, что ось шпильки совпадает с осью симметрии (ось Z) упругого элемента. Упругий элемент 3-4 выполнен разъемным в горизонтальной плоскости (плоскость X-Y) и концы его верхней части 3 в данной плоскости разъема зафиксированы на вертикальных стойках 9 и 10 несущей жесткой рамки 8, а соединенные шпильки 11 и 12 уголки 13 и 14 устройства тонкой настройки силовой характеристики с закрепленными на них с возможностью торцевого поджатия нижним синусоидально изогнутым основанием 4 упругого элемента забазированы с возможностью горизонтального смещения (т.е. поджатия)при регулировках на горизонтальных полках 15 и 16 жесткой несущей рамки, причем верхняя часть 3 упругого элемента в своих левом и правом месте сгиба снабжена запрессованными в него круглыми несущими фланцами 17 (см. фиг.4) каждый из которых имеет сквозное резьбовое отверстие и кинематически связан с соответствующим модулем (см. ниже) устройства регулировки несущей способности и соосен ему. Как наглядно видно жесткая рамка 8 соединяет между собой концы нижнего 4 и верхнего 3 основания упругого элемента, а ее ось симметрии совпадает с осью симметрии упругого элемента 3-4, причем к жесткой рамке крепятся нижние концы упругих элементов 5, которые, как говорилось выше, обеспечивают необходимую упругость упаковки в горизонтальной плоскости XY.

Как наглядно видно, в данном случае концы верхнего основания 3 упругого элемента жестко забазированы на жесткой рамке 8 (т.е. на ее вертикальных стойках 9 и 10), т.е. данные концы не перемещаются по горизонтали (как это было в прототипе) при поджатии во время регулировок шпильками 11 и 12 нижнего основания 4 упругого элемента. Напомним, что в прототипе при поджатии нижнего основания упругой цельной оболочки автоматически (т.е. одновременно с ним) поджалась и верхняя часть оболочки, что, как показали эксперименты заявителя, безразлично при больших и средних ходах, но нежелательно при малых ходах и малых габаритах упаковки. Поэтому было решено выполнять оболочку (упругий элемент) разрезным, соединить его обе части жесткой рамкой 8 и поджимать нижнее основание 4 шпильками 11 и 12 так, чтобы при этом верхняя часть 3 упругого элемента никаких горизонтальных смещений и поджатий не испытывали (после поджатия нижнего основания 4 шпильками 11 и 12, уголки 13 и 14 жестко фиксируются на горизонтальных полках 15 и 16 жесткой рамки 8).

Устройство регулирования жесткости в горизонтальной плоскости в виде двух установленных на верхнем основании контейнера 1 реверсивных электродвигателей 18 и 19 (см. также фиг.7). При этом здесь и далее полагаем, что все используемые в предлагаемой упаковке реверсивные электродвигатели в обязательном порядке укомплектованы встроенными в них редукторами, благодаря которым на выходном валу электродвигатели имеют малое число оборотов (например 60 об/мин и т.д.).

Соосные и обращенные друг к другу конические призмы 20 и 21, первая из которых 20 установлена в центре нижнего основания несущей жесткой рамки 8, а вторая 21 забазирована на нижнем основании 2контейнера, а также устройство понижения жесткости в горизонтальной плоскости, установленные в двух упомянутых призмах 20 и 21 и центрируемое ими так, что ось совпадает с осью симметрии (ось Z) упругого элемента. При этом, устройство понижения жесткости в горизонтальной плоскости выполнено в виде полой трубки 22 с двумя диаметрально расположенными и идущими по образующей сквозными пазами-прорезями 23 и 24, в которых размещено снабженное поперечной стяжной шпилькой 25 гибкое поджимное кольцо 26 центр которого лежит на оси трубки, а в последнюю с обоих концов вставлены с возможностью свободного осевого перемещения два остроотточенных наконечника 27 и 28 торцы которых жестко скреплены с гибким пружинным кольцом 26, а наконечники опираются на призмы 20 и 21, размещенные на несущей жесткой рамке 8 и на дне контейнера 2.

Устройство юстирования в горизонтальной плоскости (см. также фиг.7) с одной стороны соединенное с устройством регулировки жесткости в горизонтальной плоскости (т.е. электродвигателями 18 и 19), а с другой посредством выполненных, как говорилось, в виде прямолинейных стержней 5 гибких композитных элементов маятникового типа с несущей жесткой рамкой 8, здесь же имеется остроотточенный вертикальный шип 29, расположенный на оси симметрии упругого элемента (ось Z) и забазированный своим торцем на верхнем основании 1 контейнера, причем данный шип 29 центрирует опирающееся на него устройство юстирования в горизонтальной плоскости, причем верхнее основание 1 контейнера снабжено двумя шаровыми шарнирами 30 и 31 к данному основанию контейнера упомянутые реверсивные электродвигатели 18 и 19 (см. также фиг.7). При этом само устройство юстирования в горизонтальной плоскости (см. фиг.7, фиг.1, фиг. 2) выполнено, например, в виде детской прямоугольной полосы 32 в центре которой забазирована призма 33, на которую оперт остроотточенный вертикальный шип 29, закрепленный на верхнем основании 1 контейнера, при этом как в поперечном (ось X), так и в продольном (ось Х) направлениях полоса 32 снабжена симметрично расположенным по отношению к упомянутой призме шаровой самоустанавливающейся опорой (34 по оси Х и 35 по оси Y) с резьбовым отверстием, в которое ввинчена шпилька, при этом шпилька 36 ввинчена в опору 34, а шпилька 37 в опору 35, и натяжной скобой 38 или 39 с пружиной растяжения 40 или 41 обращенной к упругому элементу, причем в полосе перпендикулярно натяжной скобе 38 или 39 выполнен сквозной паз 42 или 43 соответственно при этом обе шпильки 36 или 37 жестко соединяются с валами соответствующих реверсивных электродвигателей 19 и 18, а натяжныескобы 38 и 39 посредством пружин растяжения 40 и 41 соответственно соединяются с верхним основанием 1 контейнера.

Датчик вертикальных перемещений 44, установленный на нижнем основании жесткой несущей рамки 8 и связанный с центральной вертикальной шпилькой 6 упругого элемента, датчик перемещений в горизонтальной плоскости 45, установленный на нижнем основании 2 контейнера и так же связанный с нижним основанием жесткой несущей рамки 8, первый, второй и третий блоки 46, 47, 48 системы автоматического управления, имеющие однотипную конструкцию (подробно будет рассмотрена ниже), причем датчик вертикальных перемещений 44 посредством первого блока 46 системы управления электрически связан с устройством регулировки несущей способности, выполненным в виде двух однотипных модулей А и В (фиг.1), установленных симметрично друг другу относительно оси симметрии упругого элемента (подробно их конструкция будет описана ниже), в левом и правом месте сшиба верхней части 3 упругого элемента и имеющих возможность синхронно функционировать, а датчик перемещений в горизонтальной плоскости посредством второго и третьего блоков 47 и 48 системы управления электрически связан с двумя реверсивными электродвигателями (18 и 19) шарнирно закрепленными на верхнем основании контейнера.

Каждый из двух модулей А и В устройства регулировки несущей способности включает в себя (см. фиг.4, фиг.5, фиг.1 и фиг.2) два разнесенных друг относительно друга и параллельных плоских тонкостенных фланца 49 и 50, скрепленных между собой двумя зеркально симметричными друг другу относительно оси симметрии модуля парами болтов (51-52 и 53-54) на которые надеты резиновые втулки 55, причем в полости фланцев жестко установлена центрирующая втулка 56 со сквозным отверстием, ось которого совпадает с осью резьбового отверстия круглого несущего фланца 17, реверсивный электродвигатель 57, жестко скрепленный с одним из плоских фланцев (например с фланцем 49), ходовой винт 58, снабженный на одном конце гладким цилиндрическим шипом 59, а другим концом жестко соосно соединенный с валом реверсивного электродвигателя 57, при этом ходовой винт 58 ввинчен в несущий круглый фланец 17, а его цилиндрический шип 59 свободно вставлен в отверстие центрирующей втулки 56, причем верхняя часть упругого элемента 3 в месте сгиба АоСо расположена во внутренней полости фланцев и свободно без зазора пропущена между первой и второй парами надетых на болты 51-52 и 53-54 резиновых втулок 55.

Кроме этого:
а) датчик вертикальных перемещений (см.фиг.1) включает корпус 44, люминесцентный источник света 60 (см. фиг.8), имеющий возможность обеспечивать на рабочей базе направленный не расходящийся пучок света с квадратным световым пятном (ширина пятна δ) на вертикальной стенке корпуса, два фототриода 61 и 62, включенный по стандартной схеме со свободной базой, установленные на этой же стенке на единой вертикали симметрично друг другу относительно центра m' квадратного светового пятна, причем каждый фототриод отстоит от ближайшей к нему границы светового пятна на Z_max величину максимально допустимой амплитуды колебаний груза 7, закрепленного на шпильке 6, по вертикали, при этом люминесцентный источник света 60 жестко связан, например горизонтальным кронштейном 63 с нижним концом центральной вертикальной шпильки 6 упругого элементах, а корпус датчика 44 забазирован, например, на нижнем основании жесткой несущей рамки 8, причем оба фототриода 61 и 62 электрически связаны через первый блок 46 системы автоматического управления с двумя имеющими возможность синхронно функционировать реверсивными электродвигателями 57 устройства регулировки несущей способности, т.е. с двигателями 57 модуля А и модуля В устройства регулировки несущей способности.

Кроме этого датчик снабжен упругими упорами отбойниками 64, которые не позволяют грузу 7 колебаться с амплитудой превосходящей (Z_max+δ), т.е. не позволяют световому пятну уходить за нижнюю границу фототриода 62 и за верхнюю границу фототриода 61, при этом если все же амплитуда превзошла (Z_max+δ), то с упорами 64 имеет возможность взаимодействовать высокопрочный жесткий цоколь люминесцентного источника света 60.

б) датчик перемещений в горизонтальной плоскости (см. фиг.1, а также фиг.9 и фиг.10) включает корпус 45, люминесцентный источник света 65, имеющий возможность обеспечивать на рабочей базе направленный нерасходящийся пучок света с квадратным световым пятном 66 шириной □δ на горизонтальном нижнем основании корпуса (фиг.10) две пары забазированных на том же основании фототриодов 67-68 и 69-70, первая из которых 67-68 включена по схеме со свободной базой и установлена симметрично друг другу относительно центра m" квадратного светового пятна 66 в продольном горизонтальном направлении Х, а вторая пара фототриодов 69-70 также включенная по схеме со свободной базой, таким же образом установленав поперечном горизонтальном направлении Y, причем каждый из четырех фототриодов расположен от ближайшей от него границы светового пятна на величину максимально допустимой амплитуды колебаний груза Xomax

(при этом полагаем, что Xomax=Yomax) в горизонтальной плоскости, при этом корпус 45 датчика смонтирован на нижнем основании 2 контейнера, а люминесцентный источник света 65 жестко соединен посредством, например, вертикального кронштейна 71 с нижним основанием жесткой несущей рамки 8, причем обе пары фототриодов электрически связаны посредством второго и третьего блоков системы управления с обоими реверсивными электродвигателями, шарнирно соединенными с верхним основанием контейнера, т.е. фототриоды 67 и 68 посредством блока автоматического управления 47 электрически связаны с двигателем 19, а фототриоды 69 и 70 посредством блока автоматического управления 48 электрически связаны с электродвигателем 19.

Здесь также как и в датчике вертикальных перемещений, корпус 45 снабжен упругими упорами отбойниками 72, с которыми может взаимодействовать жесткий и высокопрочный коpпус люминесцентного источника света 65 если в неноминальном режиме амплитуда колебаний превышает величину ((Xomax

+Δ).).

в) каждый из трех блоков 46, 47, 48 системы автоматического управления содержит (см. фиг.11) например, два однотипных четырехконтактных реле 73 и 74, обмотки которых соединены с соответствующей парой фототриодов например 61-62 (или 67-68 или 69-70), соединенных как подчеркивалось выше по стандартной схеме со свободной базой, причем контакты 75 и 76 упомянутых реле имеют возможность управлять включением двигателей 57 (или двигателя 18, или 19) с заданной полярностью и его остановом.

1. Рассмотрим направление Z, т.е. вертикаль (фиг.12). В наземных условиях, например, на стартовом столе виброзащита объекта 7 весом Р mg по вертикали Z обеспечивается верхней частью 3 упругого элемента, имеющей положительную жесткость и линейную силовую характеристику 1 (фиг.6) и нижней, поджатой с торцев, частью 4 упругого элемента, имеющей вследствие возможность появления неустойчивости (прощелкивания) при торцевом поджатии отрицательную жесткость и с иловую характеристику 2 (фиг.6) с участком отрицательной жесткости "ab". Обе силовые характеристики 1 и 2 по вертикали суммируются (т.к. упругие части 3 и 4 соединеныпо центру жестко шпильной 6 и работают совместно и синхронно, в результате чего имеем необходимую оптимальную суммарную силовую характеристику 3 с участком квазинулевой (почти нулевой) жесткости К, равным по величине, например, 2•Z_max, где Z_max максимальная амплитуда колебаний по оси Z. Точка O_o на этой силовой характеристике 3 лежит строго посередине участка К, т. е. вверх и вниз колебания объекта 7 строго одинаковы, симметричны, происходит с одной и той же амплитудой. Причем, что особенно важно, такая симметрия обеспечивается за счет того, что нижнее основание 4 упругого элемента расположено так относительно базовой горизонтали N-N (фиг. 12), что высоты всех трех его полуволн строго равны: h₁=h₂, статическая деформация упругого элемента в целом . Итак, в этом случае обеспечивается высококачественная симметричная низкочастотная защита груза 7 в земных условиях, в частности когда ракета-носитель с упаковкой стоит на стартовом столе.

Далее при полете ракеты, т.е. на активном участке траектории возникающая линейная перегрузка увеличивает вес объекта в "n" раз, где n величина этой перегрузки, в результате чего (см. фиг. 13) объект 7 резко проседает вниз, статическая осадка упругих элементов 3 и 4 тоже увеличивается , угол Φ в местах сгиба верхней части 3 упругого элемента уменьшается, т.е v₂<Φ₁ (это наглядно видно на фиг. 13), а высота полуволн нижней части 3 упругого элемента также становится неодинаковой , что вызывает резкую и нежелательную симметрию жесткостных свойств и практически полную "растройку" (нарушение оптимального функционирования) виброзащитной системы. Как же возвратить виброзащитной системе в этих условиях ее первоначальные качества, заставить ее вновь работать в оптимальном режиме? Для этого надо вернуть обе части (верхнюю и нижнюю) упругого элемента 3 4 в прежнее положение (фиг. 12), а поскольку вес объекта 7 увеличился, необходимо повысить несущую способность верхней части 3 упругого элемента (напомним, что именно она в данной упаковке имеет положительную жесткость, выполняет функции главной несущей пружины, а нижняя часть 4 только лишь корректирует, т.е. снижает жесткость верхней части 3 с целью понижения частоты упаковки по вертикали Z). Для этой цели необходимо разжать в местах сгиба "В" и "Д" (подобно упругому пружинящему пинцету) верхнюю часть 3 упругого элемента, т.е. вновь увеличить угол сгиба Φ до прежней величины v₃=Φ₁ (см. фиг. 14), причем это можно напримерсделать для наглядности безымянным, указательным и большим пальцами, которые расположены в месте сгиба (например "Д") и оказывают на него "разжимающее" усилие T_o так как это показано на фиг.14 и фиг.13. Причем усилие T_o без труда подбирается так, что обе части упругого элемента 3-4, как это показано на фиг.14, возвращаются в прежнее положение и, в частности, высоты полуволн нижней части 4 вновь становятся одинаковыми и система в целом обладая теперь большей несущей способностью, чем ранее; как и ранее способна обеспечить высокоэффективную низкочастотную защиту объекта 7, вес которого возрос (а в некоторых случаях такое возрастание может быть очень существенным) в результате действия линейной перегрузки. Разумеется, что в реальной упаковке такая регулировка должна осуществляться не визуально и не пальцами, а с помощью соответствующих устройств, которые и предлагаются в данной заявке: в случае проведения упругих элементов с объектов вниз (т.е. увеличения хода вниз) при действии линейной перегрузки датчик вертикальных перемещений 44-63 (см. фиг.1) через блок автоматического управления 46 выдает команду на модули А и В, установленные в местах сгиба верхней части 3 упругого элемента и они одновременно и синхронно увеличивают угол раствора Φ, т.е. увеличивают несущую способность. Конструкция модулей А и В, датчика вертикальных перемещений 44-63 и блока системы автоматического управления 46 будет подробно описана ниже, здесь же продолжим обсуждение специфики функционирования основных узлов предложенной упаковки.

После вывода на орбиту, упаковка с объемтом 7 попадает в условия микрогравитации, т. е. невесомости (!), где объект полностью "теряет" свой вес (Р mg 0), т.к. все что находится на орбите пребывает, как известно в состоянии "свободного падения" и теряет свой вес, но при этом, разумеется, масса объекта остается прежней (!), не уменьшается и не исчезает, т.к. они в отличии от веса не зависит от ускорения свободного падения g(g≈ 10 м•c^-2), поэтому объект сохранил все свои динамические свойства и, следовательно, его также как и ранее необходимо защищать от вибрации. Но поскольку в невесомости вес объекта "исчез", т.е. стал равным нулю, упругие элементы 3 и 4 упаковки более не испытывают никакой статической осадки, никакого "проведения под нагрузкой": δIVстат

=0 (см. фиг.15) и поэтому полностью распрямляются (это наглядно показано на фиг.15), т.е. приобретаютпервоначальную, недеформируемую, а верхнее додеформационную форму - такую, которую они имели в земных условиях до (!) установки на них объекта 7. Как видно, в этом случае высоты полуволн нижней части 4 упругого элемента оказались равными hIV1≠hIV2 появилась явная осимметрия и упаковка перестала выполнять свои оптимальные виброзащитные фуцнкции. Причем угол сгиба верхней части 4 (слева и справа) резко увеличился Φ₄>Φ₁, что свидетельствует о наличии у нее "переизбытка" несущей способности. Эту несущую способность и необходимо снизить, т.е. вновь искусственно уменьшить угол сгиба до прежнего (Φ₁) уровня и вернуть тем самым обе части упругого элемента 3 и 4 упаковки в прежнее рабочее симметричное положение (фиг. 16), что и делается прикладыванием к местам сгиба усилий Т_o, направленных так, как показано на фиг.15 и фиг.16. В результате чего и в невесомости, когда вес объекта 7 равен нулю, обеспечивается высокоэффективная низкочастотная его защита от вибрации, что и требуется, причем здесь управление несущей способностью производится в автоматическом режиме датчиком вертикальных перемещений, блоком системы автоматического управления и модулями А и В, установленными в местах сгиба верхней части 3 упругого элемента предлагаемой упаковки. Здесь также существует прежняя симметрия: δVстат=δ1стат; Φ₅=Φ₁; hV1=hV2= h₁=h₂, что и требуется.

2. Аналогично функционирует маятниковый упругий элемент в горизонтальной плоскости XY. Если в прототипе использовался обычный пружинный маятниковый упругий элемент, то здесь предлагается укомплектовать этот упругий элемент 5 (см. фиг. 17) специальным устройством понижения жесткости в горизонтальной плоскости 22-23-24-25-26-27-28, которое подробно показано на фиг.1 и фиг.2, а на фиг. 17 показано упрощенно в виде подпружиненной иглы 27-28. Это позволяет при малых габаритах, т.е. при небольшой длине упругих элементов 5 существенно снизить частоту (а следовательно и повысить качество виброизоляции) в горизонтальной плоскости XY, т.к. в этой плоскости "подпружиненная игла" выполняет ту же функцию, что и нижнее основание 4 упругого элемента по вертикали Z. Действительно, подпружиненная вертикально стоящая игла всегда неустойчива и следовательно она обладает ценным свойством "прощелкивания" или что то же самое "отрицательной жесткости", а поскольку эта игла 27-28 работает совместно с линейным упругим элементом 5 маятникового типа, имеющего, как и всякая несущая пружина, положительную жесткость, что в сумме у системы" упругиеэлементы 5 игла" в плоскости XY, в результате суммирования отрицательной и положительной жесткостей будет очень малая жесткость, требуемая для качественной низкочастотной виброзащиты, все силовые характеристики будут такими же, какие показаны на фиг.6. При этом обратим особое внимание на то, что в "нулевом" или среднем положении подпружиненная игла 27-28 должна стоять строго на вертикали N_o-N_o (фиг.17), а колебания объекта 7, маятниковых упругих элементов 5 и данной иглы 27-28 будут происходить симметрично (влево-вправо, вперед-назад и т.д.) относительно этой вертикали N_o-N_o. В реальном исполнении, как это наглядно показано на фиг.1 и фиг.2, данная "игла" или, как она названа, устройство положения жесткости в горизонтальной плоскости, выполнена в виде подпружиненных стальным гибким кольцом 26 твердосплавных остроотточенных наконечников 27 и 28, имеющих возможность при колебаниях свободно перемещаться в трубке 22, как в направляющем устройстве, при этом, что важно, шпилькой 25 можно регулировать упругое (т. е. пружинящее) усилие кольца 26 и степень корректировки (снижения) жесткости упругих элементов 5 маятникового типа.

Далее предположим, что линейная перегрузка "n" подействовала в одном из направлений (например слева-направо, как это показано на фиг.18) в горизонтальной плоскости и продолжает действовать в течение определенного промежутка времени (например в течение минуты). Разумеется, вся маятниковая упругая система сместиться вместе с объектом 7 относительно вертикали N_o-N_o на постоянный угол α_o, т.е. игла 27-28 "уйдет" с вертикали N_o-N_o, колебания объекта 7 перестанут быть симметричными и виброзащита практически будет отсутствовать (т.е. резко ухудшается). Если необходимо вновь получить качественную низкочастотную виброзащиту в этом новом случае (действие линейной перегрузки в горизонтальной плоскости), необходимо прежде всего вернуть иглу 27-28 на прежнюю вертикаль N_o-N_o, т.е. вновь обеспечить симметрию упругих свойств маятниковой подвески в горизонтальной плоскости. Именно для этой цели и служит подпружиненная юстировочная шайба (жесткая планка) 32 (см. фиг.1 и фиг.18-19), имеющая возможность качаться (как коромысло) на шипе 29 и поворачиваться на заданный угол винтами, управляемыми от реверсивно шарнирно закрепленных на верхнем основании 1 контейнера электродвигателей. Например, в рассматриваемом конкретном случае при номинальном отклонении маятниковой упругой системы под действием линейной перегрузки "n"датчик горизонтальных перемещений 45 выдает сигнал в блок 47 системы автоматического управления, которая включает соответствующий электродвигатель (в данном случае 19, он на фиг.17, 18, 19 не показан) и он наклоняет (см. фиг.19) юстировочную шайбу 32 до тех пор и на такой угол, что игла 27-28 (а в общем элемент понижения жесткости 22-23-24-25-26-27-28) становится (т.е. возвращается) на переднюю вертикаль N_o-N_o (см. фиг.19) и упругая система маятникового типа вновь приобретает способности в условиях линейной перегрузки "n" обеспечивать высококачественную, низкочастотную защиту объекта (по качеству такую же, как и прежде). Разумеется, что в общем случае линейная перегрузка может действовать в горизонтальной плоскости XY в произвольном направлении, при этом она автоматически может быть разложена на продольную горизонтальную и поперечную горизонтальную составляющие, для парирования которых подпружиненная юстировочная шайба 32 (см. фиг.1 и фиг.2, фиг.7) снабжена двумя реверсивными электродвигателями 18 и 19, первый из которых поворачивает ее на требуемый угол в одной плоскости (вокруг оси Х), а другой разворачивает ее во взаимоперпендикулярной плоскости (вокруг оси Y) также на необходимый угол, в результате чего в каком бы из произвольных горизонтальных направлений не действовала линейная перегрузка "n", электродвигатели 18 и 19 всегда развернут поочередно или одновременно юстировочную шайбу 32 так, что устройство понижения жесткости в горизонтальной плоскости 22-23-24-25-26-27-28 будет возвращено на свою прежнюю вертикаль (т.е. на ось Z ось симметрии упаковки), что и требуется для высококачественной низкочастотной защиты от вибрации в горизонтальной плоскости XY.

После того, как дана эта справочная информация и все элементы упаковки поименованы и помечены соответствующими позициями перейдем к описанию статических и динамических регулировок всех функциональных элементов и узлов упаковки. Начнем с блока системы автоматического управления.

Как говорилось выше, каждый из трех 46, 47, 48 однотипных блоков автоматической системы управления служит для включения соответствующего реверсивного двигателя, когда на один из фототpиодов датчика падает свет от люминесцентного источника. Продемонстрируем как устроен такой блок (например блок 46) и как он функционально увязан (см. фиг.11) например с двумя фототриодами 61 и 62, расположенными в датчике вертикальных перемещений и с реверсивными электродвигателями 57 соответствующим этим фототриодами работающим строго синхронно (одновременно). Обратимся к фиг.11 (на ней пунктирный прямоугольник очерчивает непосредственно сам блок системы автоматического управления, представляющий собой в простейшем варианте два четырехконтактных реле 73 и 74, которые соединены так, как показано на схеме). Фототриоды 61 и 62 включены, как подчеркивалось выше, по стандартной схеме со свободной базой (т. е. с использованием только двух выводов-эмиттера и коллектора). При таком включении фототриоды 61 и 62 имеют возможность работать как фотодиоды (! ) с высокой интегральной чувствительностью и обладают хорошей нагрузочной способностью для управления вышеупомянутыми реле без дополнительных каскадов усиления (это делает схему достаточно простой и надежной). При отсутствии освещения, т. е. когда световое пятно от люминесцентного источника 60 (см. фиг.8) не падает на фототриоды 61 и 62, данные фототриоды закрыты, ток через обмотки реле 73 и 74 не проходит, поэтому контакты реле 75 и 76 разомкнуты и реверсивные двигатели 57 полностью обесточены, т.е. не вращаются, не изменяют угла Φ раствора в месте сгиба упругого элемента 3 и не меняют параметры упругой системы по вертикали. Если же амплитуда колебаний по вертикали и превысила Z_max или упругая система по вертикали оказалась смещенной вниз, благодаря действию по вертикали линейной перегрузки и, например, световое пятно упало на фототриод 62. При освещении данного фототриода 62, через обмотку 74 протекает ток срабатывания, контакты 76 замыкаются и происходит включение реверсивных электродвигателей 57 с заданной полярностью, обеспечивающей вращение двигателей 57 в нужном направлении (например по часовой стрелке), благодаря чему модули А и В изменяют углы раствора v упругого элемента 3, парируя линейную перегрузку на упругую систему, так, что световое пятно сходит с фтототриода 62, в результате чего упругая система, как это и требуется, возвращается на прежнюю точку на вертикали, т.е. становится на прежний уровень, причем в момент схода светового пятна с фототриода 62 реле 74 отключается, контакты 76 размыкаются, реверсивные электродвигатели 57 полностью обеспечиваются и останавливаются. Совершенно аналогично при падении светового пятна (например если линейная перегрузка в вертикальном направлении подействовала в обратную сторону) на фототриод 61 срабатывает обмотка реле 73 и через контакты 75 происходит подключение реверсивных электродвигателей 57, но, как это наглядно и просто продемонстрировано на схеме фиг. 11, уже с обратной полярностью, что обеспечивает вращение реверсивныхэлектродвигателей в обратном направлении до тех пор, пока световое пятно не сойдет с фототриода 61.

Таким образом происходит отладка и функционирование любого из трех блоков системы автоматического управления.

Как подчеркивалось выше, оба однотипных модуля А и В (фиг.1 и фиг.2) устройства несущей способности имеют возможность функционировать синхронно и служат для уменьшения или увеличения несущей способности верхней части 3 упругого элемента за счет соответственно уменьшения или увеличения угла сшиба v. Обратимся к фиг.4 и фиг.5, где подробно показана конструкция одного из этих модулей. Если несущую способность необходимо увеличить (например когда вес объекта возрастает в результате воздействия на него линейной перегрузки) по сигналу датчика 44-63 включается через блок системы управления 46 двигатель 57 и винт 58 вывинчивается из фланца 17, запрессованного в центре сгиба упругого элемента 3, упругий элемент 3 разжимается, угол v в месте его сгиба увеличивается, причем центр сгиба перемещается в точку Д_o на небольшую величину "Н_o", при этом как видно, в месте сгиба упругий элемент 3 силовым образом взаимодействует с обрезиненными болтами 51-52 и 53-54 и ввинченным в фланец 17 винтом 58, жестко скрепленным с валами малооборотного (т.е. с встроенным редуктором) электродвигателя 57. Если, наоборот, несущую способность надо уменьшить (что необходимо, как говорилось выше, в невесомости, когда вес объекта равен нулю), т.е. когда нужно уменьшить угол v в месте сгиба, электродвигатель 57, почив соответствующий сигнал начинает вращать винт 58 в обратную сторону, т.е. ввинчивает его во фланец 17, в результате чего тот поднимается на необходимую высоту "+H_o" в точку "B_o и угол v сгиба уменьшается (сгиб "заостряется").

Обратим здесь же особое внимание на то, что для того, чтобы модуль не перемещался относительно места сгиба упругого элемента 3 и не перекашивался относительно него в ту или иную сторону, винт 58 (см.фиг.4 и фиг.5) снабжен на конце цилиндрическим шипом 59, который свободно (с возможностью вращения) забазированы в отверстии втулки 56, жестко скрепленной, например, с фланцем 49.

Здесь же целесообразно рассмотреть принцип функционирования датчика вертикальных перемещений (см. фиг.8 и фиг.1). При колебаниях объекта по оси Z (на упругих элементах 3-4), не превышающих допустимую величину Z_max упаковка функционирует в обычном режиме, как и любое другое низкочастотное виброзащитноесредство. Если на объект 7 подействовала линейная перегрузка, то он вместе со шпилькой 6 просядет вниз, причем величина этой просадки и превысит Z_max и световое пятно источника света 60 (оно имеет ширину d) упадет на фототриод 62, сигнал от которого поступит на блок 46 системы автоматического управления, а от него на электродвигатели 57 модулей А и В, при этом данные модули одновременно и синхронно увеличат вышеописанным способом угол раствора v в месте сгиба (правом и левом) упругого элемента 3, т.е. увеличат его несущую способность, в результате чего груз 7 (при постоянно действующей на него линейной перегрузке) вновь вернется на прежний уровень, шпилька 6 с планкой 63 и источником света 60 поднимутся вверх и световое пятно уйдет вверх с фотодиода 62 и вновь станет на центр "m'", в результате чего двигатели 57 обесточатся и виброзащитная система может по-ипрежнему выполнять свои функции. В невесомости, когда объект смещается вверх (т.к. "исчезнет" его вес) на величину превышающую Z_max световое пятно попадает на фототриод 61, в результате чего вновь через блок 46 подается сигнал на включение двигателей 57 модулей А и В устройства регулировки несущей способности. В этом случае данные электродвигатели вращаются в противоположную (по отношению к вышерассмотренному случаю) сторону, угол раствора v в месте сгиба (правого и левого) верхней части 3 упругого элемента уменьшается до прежней величины, объект 7 возвращается на прежнее место, т.е. в прежнее до наступления невесомости положение, световое пятно сходит с фотодиода 61 и возвращается вновь на центр "m'", а электродвигатели отключаются, в результате чего и в невесомости система автоматически отстраивается по оси Z на оптимальную низкочастотную виброизоляцию, что и требуется.

Рассмотрим настройку на функционирование системы автоматического регулирования жесткости подвески в горизонтальной плоскости XY. Жесткая четырехугольная полоса 32 (будем ниже для удобства называть ее юстировочной шайбой 32) опирается (см. фиг.1, фиг.2 и фиг.7) по центру на шип 29 (на нем она имеет возможность "качаться" подобно коромыслу в любой плоскости) и притянуты к верхнему основанию 1 контейнера двумя пружинами 40 и 41. Эти пружины предварительно натянуты, т. е. притягивают шайбу 32 к шипу 29, не давая ей "отрываться" от него в любых динамических режимах, причем сила натяжения пружин 40 и 41 может регулироваться в данных пределах изменением вылета по вертикали скоб 38 и 39чем больше этот вылет, тем больше напряжение пружин 40 и 41, при этом пазы 42 и 43 расположены перпендикулярно скобам 38 и 39 соответственно для того, чтобы в них можно было беспрепятственно завести нижние витки пружин и зацепить их в горизонтальные перемычки соответствующих им скоб. Винты 36 и 37 скрепленные с валами электродвигателей 19 и 18 соответственно также удерживают необходимым образом юстировочную шайбу 32 относительно шипа 29 и служат для изменения ее наклона. Особо отметим, что сферические шарниры 30 и 35, 31 и 34 введены исключительно для того, чтобы при тех или иных поворотах, особенно на большие углы (на шипе 29) юстировочной шайбы 32 винты 36 и 37 не заклинивать. Электродвигатели 18 и 19 управляются датчиком горизонтальных перемещений 45 и блоками управления 47 и 48 следующим образом:
а) если, например, линейная перегрузка подействовала (и длительное время продолжает действовать) слева-направо (фиг.1) и в результате смещения упругой маятниковой системы вправо на величину большую Xomax

(фиг.10), световое пятно 66 попадает на фототриод 68, в результате чего от него идет сигнал в блок системы автоматического управления 47, которая включает двигатель 19. Данный электродвигатель19 вращает винт 36, который вывинчивается из сферического шарнира 34 и наклоняет шайбу 32 по часовой стрелке (!) (вокруг оси Y и шипа 29), в результате чего упругая маятниковая система возвращается на прежнюю вертикаль, (выше было наглядно описано при рассмотрении фиг.18 и 19), т. е. на вертикаль, на которой она находилась до действия линейной перегрузки (иными словами на ось Z) световое пятно 66 сходит с фототриода 68, электродвигатель 19 выключается и регулировку можно считать автоматически законченной, после чего маятниковая упругая система 5 и 22-28 готова осуществлять высококачественную низкочастотную виброзащиту объекта в горизонтальной плоскости в условиях долговременного действия линейной перегрузки;
б) если, например, линейная перегрузка подействовала справа-налево (по отношению к чертежу, представленному на фиг.1) откинув тем самым упругую маятниковую систему 5 и 22-28 влево на величину большую Xomax, световое пятно падает на фототриод 67 (см. фиг.10), сигнал от которого через блок системы автоматического управления 47 подается вновь на электродвигатель 19, который начинает вращаться в другую (обратную) сторону (реверс) и наклоняет (поворачивает на шипе 29 относительно оси Yюстировочную шайбу 32 против (!) часовой стрелки до тех пор пока световое пятно 66 не сойдет с фототриода 57 и упругая система 5 и 22-28 не вернется на свою прежнюю вертикаль Z (при этом, в отличие от предыдущего случая, винт 36 ввинчивается в сферический шарнир 34). После этого система готова к эффективной работе.

в) если, например, линейная перегрузка подействовала (и продолжает действовать в течение продолжительного времени) перпендикулярно плоскости чертежа от нас (по отношению к чертежу, представленному на фиг.1) и упругая маятниковая система 5 и 22-28 недопустимо сместилась на величину большую Xomax

=Yomax в этом же направлении, световое пятно 66 в датчике горизонтальных перемещений попадает на фотодиод 69 (см. фиг.10), который через блок системы автоматического управления 48 включает (за счет сигнала) электродвигатель 18, который вращается в такую сторону, что винт 37 (см. фиг.7) вывинчивается из сферического шарнира 35 и наклоняет (поворачивает вокруг оси Х) шайбу 32 по часовой стрелке в плоскости ZY и возвращает таким образом упругую маятниковую систему 5 и 22-28 на прежнюю вертикаль Z, в результате чего световое пятно 66 сходит с фототриода 69 и электродвигатель 18 отключается. Система готова к работе в условиях продолжительного действия линейной перегрузки указанного направления.

г) если, например, линейная перегрузка подействовала перпендикулярно плоскости чертежа по направлению к нам (по отношению к чертежу, представленному на фиг. 1) световое пятно 66 попадает на фототриод 70 (см. фиг.10) и электродвигатель 18 поворачивает шайбу 32 против часовой стрелки в плоскости ZY (винт 37 ввинчивается в сферический шарнир 35) до тех пор пока упругая маятниковая система 5 и 22-28 не вернется на прежнюю вертикаль Z (при этом световое пятно 66 сходит с фототриода 70 и блок системы автоматического управления 48 отключает электродвигатель 18. После этого упругую маятниковую систему можно считать готовой к работе в условиях действия линейной перегрузки вышеуказанного направления
д) особо отметим следующее: если, например, линейная перегрузка подействовала (и продолжает действовать в течение продолжительного времени) одновременно (! ) по обеим осям Х и Y в горизонтальной плоскости, то в этом случае световое пятно 66 в датчике горизонтальных перемещений, имеющее специально подобранную ширину □δ, одновременно попадает, на фототриоды 69 и 68 (см. фиг.10), в результате чего включается оба электродвигателя 18 и 19, которые поворачивают юстировочную шайбу 32 одновременнои вокруг оси Х и вокруг оси Y в нужную сторону, причем этот поворот происходит до тех пор, пока упругая маятниковая система не вернется на прежнюю вертикаль Z, а световое пятно 66 не сойдет с фототриодов 69 и 68.

И, наконец, если, линейная перегрузка при сложных эволюциях и маневрах ракеты-носителя в процессе выхода на орбиту действует в произвольном направлении пространства, т.е. по осям X, Y, Z одновременно, в этом случае, как ясно, через датчики 44 и 45 и блоки системы автоматического управления 46 и 47-48 одновременно начинает вращаться (см. фиг.1, фиг.2 и фиг.7) оба двигателя 18 и 19, в результате чего в вышеуказанной последовательности упругие элементы и по оси Z и по оси X, Y выводятся на прежние оси симметрии и продолжают обеспечивать низкочастотную защиту, какая была до действия линейной перегрузки.

Следует отметить, что особенность. По оси Z в любых трех режимах (земные условия, вывод на орбиту, орбитальные услови0 благодаря введенной автоматике обеспечивается низкочастотная защита равного (! ) и высокого качества. Сложнее дело обстоит в горизонтальной плоскости, где элемент снижения жесткости в горизонтальной плоскости 22-28 (т. е. плоскостной корректор жесткости) должен компенсировать своей "отрицательной жесткостью" не только положительную жесткость упругих элементов 5, но и положительную жесткость упругого восстанавливающего момента (от силы веса) самого маятника. Здесь полагаем, что линейная перегрузка не столь велика (например, не больше двух: n 2), т.е. при выводе на орбиту элемент 22-28 и в режиме линейной перегрузки, когда вес увеличился (а вместе с ним увеличился и упругий момент восстанавливающей силы маятника) все же продолжает понижать жесткость в плоскости XY, пусть и не столь эффективно, как ранее в земных условиях, но при этом все же обеспечивается низкочастотная защита приемлемого качества, а автоматика в горизонтальной плоскости позволяет эффективно обеспечивать наличие симметричной силовой характеристики. В условиях невесомости (на орбите), где упругий восстанавливающий момент маятника стал равен нулю (т.к. здесь вес отсутствует), необходимо вручную поднастроить элемент 22-28, т.е. уменьшить натяжение кольца 26 (фиг.1), уменьшить "отрицательную жесткость", которая теперь необходима только лишь для корректировки (снижения) жесткости упругих элементов 5 (это может сделать космонавт в орбитальной космической станции на орбите при отладке и эксплуатации защищаемогообъекта). В тех случаях, когда линейные перегрузки достигают очень больших величин, например 10-20 и далее объект функционирует на орбите на автоматической орбитальной станции (где ручная регулировка невозможна), необходимо обеспечить поднастройку элемента 22-28 на требуемую "отрицательную жесткость" в автоматическом режиме, т.е. укомплектовать его соответствующими автоматическими исполнительными устройствами, конструкция и принцип действия которых составят предмет следующей заявки на изобретение, над которой заявитель и работает в настоящее время.

Работает предлагаемое устройство следующим образом.

При воздействии со стороны остова контейнера 1-2 пространственной низкочастотной вибрации начинается упругое деформирование гибких элементов 3-4 по оси Z и гибких элементов 5 в плоскости X-Y, в результате чего данные гибкие элементы превращаются в фильтры, не пропускающие вибрацию на защищаемый объект, причем поскольку все упомянутые гибкие элементы особым образом (см. выше) настроены на достаточно малую частоту свободных колебаний, можно считать, что упаковка в целом обеспечивает высококачественную вибрационную защиту. При этом в земных условиях, при выводе на орбиту (действие линейных перегрузок), в условиях невесомости, т.е. в режимах, в которых вес объекта может от номинала увеличиваться или уменьшаться (вплоть до нуля, как в невесомости), т. е. не быть постоянной величиной, благодаря наличию датчиков, блоков системы автоматического управления и исполнительных элементов автоматики (регулировка и принцип функционирования которых подробно был описан выше) обеспечивается строго симметричная работа всех упругих элементов, т.е. неизменное положение центра колебаний (как по оси Z, так и в плоскости ZY) и одинаковые размахи колебаний относительно этого центра, что также увеличивает качество пространстенной виброизоляции.

В настоящее время заявитель проводит НИР и ОКР по созданию высокоэффективных автоматических пространственных виброзащитных систем (упаковок), в частности разрабатывается технический проект и осуществляется моделирование упаковки предложенной в данной заявке конструкции. Внедрение данной упаковки планируется на транспортных космических кораблях "Союз-Т" и на орбитальной станции "Мир"; например, для доставки на орбиту (содновременным обеспечением высококачественной низкочастотной защиты прецезионного оборудования из комплекта "Кристалл".

Упаковка выполнения по предлагаемому техническому решению работает в значительной степени эффективнее, чем прототип, как в наземных условиях, так и в условиях невесомости. Известные конструкции упаковок хрупких грузов (в том числе и прототип) имеют подвеску очень малой жесткости для того чтобы обеспечить как можно больший коэффициент виброизоляции. При воздействии на у паковку дополнительного постоянного ускорения или, однозначно, изменение веса объекта приводит к слиянию упругих элементов или к расстройке системы виброзащиты (для прототипа). Этот недостаток полностью устранен в предлагаемом решении, что позволяет эффективно защищать от вибраций хрупкий груз, обеспечивая ослабление вибрации не менее, чем в 10 раз в любых условиях эксплуатации: как на активном участке полета, так и в условиях невесомости. Известно, что и в условиях невесомости могут возникать постоянные ускорения воздействующего на груз (при коррекциях орбиты, например, постоянное ускорение может измениться на 2 порядка с 10^-5 д_о до 10^-3 д_о). При этом собственная частота подвески груза изменяться не будет за счет системы автоматической регулировки и составит около 0,5 Гц. Подвеска прототипа будет при этом расстроена и собственная частота увеличится до нескольких Гц. Еще одно положительное свойство подвески груза как пространственность расширяет область применения упаковки и делает ее пригодной для виброзащиты хрупких грузов не только в наземных условиях, но и в условиях невесомости, где прогнозировать направление воздействия вибрации невозможно.

Следовательно, основным положительным свойством упаковки предлагаемой конструкции по сравнению с прототипом является стабильность технических характеристик подвески при воздействии на нее различных перегрузок (постоянных ускорений).

Использование: в любой области техники, преимущественно космической, для обеспечения качественной пространственной вибрационной защиты транспортируемых высокочувствительных и прецезионных объектов. Сущность изобретения: упаковка выполнения в виде контейнера с размещенным в нем упругим элементом, связанным с помощью узла крепления с защищаемым объектом. Упругий элемент выполнен в виде композитной тонкостенной оболочки, снабженной гибкими композитными элементами маятникового типа, с помощью которых упругий элемент и подвешен к контейнеру, причем оболочка изогнута в форме трапециевидной выпуклой фигуры, нижнее основание которой выполнено изогнутым в виде трех полуволн синусоиды. Конструкция упаковки позволяет проводить регулировку несущей способности, тонкую настройку силовой характеристики, регулирование жесткости подвески в горизонтальной плоскости. 5 з.п. ф-лы, 19 ил.

1. Упаковка для хрупких грузов, содержащая контейнер, упругий элемент, выполненный в виде композитной тонкостенной оболочки, изогнутой в форме трапециевидной выпуклой фигуры, нижнее основание которой образовано в виде трех полуволн синусоиды, и имеющий гибкие композитные элементы маятникового типа для подвешивания упругого элемента внутри контейнера, узел крепления упругого элемента к грузу, выполненный в виде вертикальной шпильки, посредством которой соединены верхнее и нижнее основания упругого элемента, и установленной так, что ось шпильки совпадает с осью симметрии упругого элемента, механизм регулирования несущей способности, механизм тонкой настройки силовой характеристики, выполненный в виде соединенных шпильками уголков, установленных в нижних углах упругого элемента с возможностью поджатия нижнего основания упругого элемента, и устройство понижения жесткости в горизонтальной плоскости, отличающаяся тем, что она снабжена жесткой несущей рамкой, ось симметрии которой совпадает с осью симметрии упругого элемента, устройством юстировки в горизонтальной плоскости, остроотточенным вертикальным шипом, расположенным на верхнем основании контейнера и опирающимся в устройство юстировки в горизонтальной плоскости, реверсивными электродвигателями, закрепленными с помощью шаровых шарниров на верхнем основании контейнера и соединенными с устройством юстировки в горизонтальной плоскости, датчиком перемещений в горизонтальной плоскости, установленным на нижнем основании контейнера и связанным с жесткой несущей рамкой, датчиком вертикальных перемещений, установленным на жесткой несущей рамке и связанным с вертикальной шпилькой, тремя блоками системы автоматического управления, имеющими однотипную конструкцию, при этом жесткая несущая рамка прикреплена к устройству юстировки в горизонтальной плоскости гибкими упругими стержнями из композитного материала, на нижнем основании контейнера и жесткой несущей рамке выполнены конические выемки для установки устройства понижения жесткости в горизонтальной плоскости, причем устройство регулировки несущей способности выполнено в виде двух одинаковых модулей, установленных в левом и правом местах сгиба верхней части упругого элемента, который выполнен составным таким образом, что концы его верхней части зафиксированы на вертикальных стойках жесткой несущей рамки, а концы нижней синусоидально изогнутой части установлены на устройстве тонкой настройки силовой характеристики. 2. Упаковка по п.1, отличающаяся тем, что каждый из двух модулей устройства регулировки несущей способности включает в себя два расположенных параллельно с зазором друг относительно друга плоских фланца, скрепленных между собой двумя симметричными относительно оси симметрии модуля парами болтов, на которые надеты резиновые втулки, центрирующую втулку, установленную в зазоре между фланцами и жестко скрепленную с последними, круглый несущий фланец с резьбовым отверстием, установленный свободно в зазоре между плоскими фланцами и соосно центрирующей втулке, реверсивный электродвигатель, жестко скрепленный с одним из плоских фланцев, ходовой винт, снабженный на одном конце цилиндрическим шипом, а другим концом жестко соединенный с валом реверсивного электродвигателя, при этом ходовой винт ввинчен в круглый несущий фланец, а его цилиндрический шип свободно вставлен в отверстие центрирующей втулки, причем верхняя часть упругого элемента в месте сгиба расположена в зазоре между плоскими фланцами, пропущена между первой и второй парами болтов и жестко скреплена с круглым несущим фланцем. 3. Упаковка по п.1, отличающаяся тем, что устройство юстировки в горизонтальной плоскости выполнено в виде жесткой прямоугольной полосы, в центре которой закреплена площадка с конической выемкой для остроотточенного шипа, при этом в поперечном и продольном направлениях полоса снабжена двумя парами симметрично расположенных относительно оси площадки шаровых опор с резьбовым отверстием и натяжных скоб, при этом в резьбовых отверстиях шаровых опор размещены резьбовые шпильки, жестко соединенные с валами соответствующих реверсивных двигателей, а натяжные скобы посредством пружин растяжения соединяются с верхним основанием контейнера. 4. Упаковка по п.1, отличающаяся тем, что устройство понижения жесткости в горизонтальной плоскости выполнено в виде трубки с двумя прорезями, расположенными диаметрально противоположно и по образующей, в которых установлено гибкое поджимное кольцо с поперечной стяжной шпилькой, центр которого лежит на оси трубки, а в последнюю с обоих концов вставлены с возможностью осевого перемещения два остроотточенных наконечника, торцы которых жестко скреплены с гибким поджимным кольцом, а наконечники размещены в конических выемках, выполненных на несущей жесткой рамке и на нижнем основании. 5. Упаковка по п.1, отличающаяся тем, что датчик вертикальных перемещений включает корпус, источник света, обеспечивающий пучок с квадратным световым пятном на вертикальной стенке корпуса, два фотоприемника, установленных на указанной стенке на единой вертикали симметрично относительно центра квадратного светового пятна, причем каждый фотоприемник отстоит от ближайшей к нему границы светового пятна на величину максимально допустимой амплитуды колебаний груза по вертикали, при этом источник света жестко связан с вертикальной шпилькой упругого элемента посредством кронштейна, а корпус датчика закреплен на нижнем основании жесткой несущей рамки, причем оба фотоприемника электрически связаны через первый блок системы управления с двумя реверсивными электродвигателями устройства регулировки несущей способности. 6. Упаковка по п.1, отличающаяся тем, что датчик перемещений в горизонтальной плоскости включает корпус, источник света, обеспечивающий пучок с квадратным световым пятном на горизонтальном нижнем основании корпуса, две пары фотоприемников, закрепленных на указанном основании, первая из которых установлена симметрично относительно центра квардратного светового пятна в продольном горизонтальном направлении, а вторая симметрично относительно центра квадратного светового пятна в поперечном горизонтальном направлении, причем каждый из четырех фотоприемников удален от ближайшей границы светового пятна на величину максимально допустимой амплитуды колебаний груза в горизонтальной плоскости, при этом корпус датчика смонтирован на нижнем основании контейнера, а источник света жестко соединен посредством кронштейна с нижним основанием жесткой несущей рамки, причем обе пары фотоприемников электрически связаны посредством второго и третьего блоков системы управления с реверсивными электродвигателями устройства юстировки в горизонтальной плоскости.